Protein kinases as regulators of human papillomavirus replication

Abstract

Inimese papilloomiviirused (HPV-d) on laialt levinud viirused, mis nakatavad nii naha- kui ka limaskesta basaalseid keratinotsüüte. Mõned limaskesta nakatavad HPV tüübid põhjustavad anogenitaalpiirkonna vähkkasvajaid ja neid on põhjalikult uuritud, kuid nahka nakatavate HPV tüüpide nakkustsüklit on seni vähem uuritud. Nahaga seotud HPV-d võivad soodustada mittemelanoomse nahavähi teket, eelkõige nõrgenenud immuunsusega inimestel või ulatusliku ultraviolettkiirgusega kokkupuute korral. HPV-d sõltuvad paljunemisel tugevalt peremeesraku replikatsiooni masinavärgist. Käesolevas doktoritöös uuriti, kuidas rakulised proteiinkinaasid – ensüümid, mis reguleerivad valkude aktiivsust, stabiilsust ja rakusisest paiknemist – mõjutavad HPV replikatsiooni viirusvalkude E1 ja E2 kaudu. Need kaks valku on vajalikud viiruse genoomi kopeerimiseks ja säilitamiseks. Minu töö tulemused näitavad, et samad rakusisesed signaalirajad võivad mõjutada erinevaid HPV tüüpe väga erinevalt. Nahka nakatava HPV tüübi puhul oli E2 valgu ühe aminohappe fosforüülimine vajalik viirusgeenide tõhusaks avaldumiseks ja genoomi replikatsiooniks. Kinaas CK2 toetas mitme limaskesti ja nahka nakatava HPV tüübi replikatsiooni, stabiliseerides E1 valku ning soodustades selle püsimist rakutuumas, kus toimub viiruse DNA kopeerimine. Seevastu avaldas proteiinkinaas PKA erinevatele HPV tüüpidele vastupidist mõju. Limaskesti nakatavate HPV-de puhul, PKA soodustas replikatsiooni, suurendades E1 ja E2 valkude taset kuid pärssis nahka nakatava HPV tüübi replikatsiooni, põhjustades E2 valgu kiire lagundamise. Kokkuvõttes näitavad need tulemused, et ka omavahel sarnased HPV tüübid võivad reageerida samadele rakulistele regulaatoritele erinevalt. Seda mitmekesisust tuleb arvestada raku kinaasidele suunatud viirusevastaste strateegiate väljatöötamisel, sest üht HPV tüüpi pärssiv lähenemine võib avaldada teisele tüübile teistsugust või isegi vastupidist mõju.

Human papillomaviruses (HPVs) are widespread viruses that infect the skin and mucous membranes. Some HPV types are well known because of their role in anogenital cancers, whereas much less is understood about the types that infect the skin. These skin-associated HPVs may contribute to non-melanoma skin cancer, particularly in people with weakened immune systems, in combination with ultraviolet radiation. HPVs rely heavily on the cells they infect to complete their life cycle. This thesis examined how cellular protein kinases – enzymes that regulate activity, stability, and subcellular localisation of proteins – control HPV replication through the viral proteins E1 and E2. These proteins are essential for copying and maintaining the viral genome. The results of my thesis reveal that the same cellular signalling pathways can influence different HPV types in distinct ways. In skin-infecting HPV, the addition of a phosphate group to a single amino acid of the E2 protein was required for efficient viral genome replication. The kinase CK2 supported the replication of several mucosal and skin-associated HPV types by stabilising the E1 protein and promoting its retention in the cell nucleus, where viral DNA replication occurs. By contrast, PKA had opposite effects on different HPV groups: it enhanced the replication of mucosal HPVs by increasing E1 and E2 levels, but suppressed skin-associated HPV by promoting rapid degradation of E2. Together, these findings demonstrate that even closely related HPVs can respond differently to the same cellular regulatory mechanisms. This diversity is important when considering antiviral strategies that target cellular kinases, because a treatment that inhibits one HPV type may have a different or even opposite effect on another.